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1、<p><p>&lt;p&gt;&amp;lt;p&amp;gt;第三部分 生物能的产生和储藏 及生物大分子前体的合成和分解 一、生物膜的结构和功能 二、新陈代谢的概念及研究方法 三、生物体内能量的产生和转化 四、糖代谢 五、脂类代谢 六、蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢 新陈代谢的概念和特点 新陈代谢的研究方法 ?示踪法（化合物示踪、同位素示踪） ?抗代谢物和酶抑制剂的利用 ?体内试验（in vivo）和体外试验（no vivo） 新陈代谢（metabolism
2、）是生命最基本的特征之一，泛指生物与 周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的过程。生物一方面不断 地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织 成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份 经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓 异化作用（dissimilation ），通过上述过程不断地进行自我更新。与此同 时细胞间和细胞与环境间进行着信息的传递与转导，使上述过程受到严 格的调节控制，确保其高度有序地进行。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行 一、生物膜的结构和功能 1、 生物膜的结构模型流动镶
3、嵌模型 2、 生物膜的主要功能 （1）物质运输（主动运输，被动运输） （2）能量转化（生物氧化） （3）信息传递（细胞识别，激素、神经等信号转导） 三、生物体内能量的产生和转化 1、生物能学简介 （1）自由能(G0&amp;amp;#180;)的概念及意义 （2）反应平衡常数及其与自由能计算的关系 （3）氧化还原电位及其与自由能计算的关系 （4）高能化合物 2、生物氧化 （1）生物氧化的定义、特点和方式 （2）生物体获取能量的三个阶段 （3）线粒体呼吸链电子传递系统 （4）氧化磷酸化作用 （5）呼吸链和氧化磷酸化的抑制 （6）非线粒体氧化体系 第六章 电子传递体系与氧化磷酸化
4、主要内容和要求：重点讨论线 粒体电子传递体系的组成、电子传 递机理和氧化磷酸化机理。对非线 粒体氧化体系作一般介绍。 思考? 目录 第一节 生物氧化概述 第二节 线粒体电子传递体系 第三节 氧化磷酸化作用 第四节 非线粒体氧化体系（自学 ） 第一节 生物氧化概述 一、生物氧化的概念和特点 二、生物能学简介 三、 高能化合物 生物氧化的特点和方式 ? 生物氧化的特点 ? 生物氧化过程中CO2的生成和H2O的生成 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生 成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation），其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的
5、一系列氧化还原反应过程。 生物氧化的特点：生物氧化是在活细胞内进行的,它与体 外的直接氧化相比又有许多不同的特点 ?1、生物氧化反应条件温和(常温、接近中性的pH和多水环境中；是在 一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的； ?2、氧化反应分阶段进行,能量逐步释放,既避免了能量骤然释放对机体 的损害,又使得生物体能充分、有效地利用释放的能量； ?3、生物氧化过程中释放的化学能通常被偶联的磷酸化反应所利用,贮 存于高能磷酸化合物(如ATP)中,当生命活动需要时再释放出来。 生物氧化过程中生成的二氧化碳是由于糖，脂类和蛋白质等物质转变 成含羧基的化合物后发生直接脱羧或氧化脱羧产生的，而不是碳和
6、氧 直接结合生成。 ? CO2的生成 方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含 羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成 CO2。 类型：-脱羧和-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧 CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O 丙酮酸脱氢酶系 NAD+ NADH+H+CoASH 例： +CO2H2N-CH-COOH R 氨基酸脱羧酶 CH2-NH2 R H2O的生成 代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载 体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一 系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。 CH3CH2OHCH3CHO NAD+ NADH+H+ 乙醇脱氢酶 例： 12 O2
7、 NAD+ 电子传递链 H2O 2e O= 2H+ 脂肪 葡萄糖、 其它单糖 三羧酸 循环 电子传递 （氧化） 蛋白质 脂肪酸、甘油 多糖 氨基酸 乙酰CoA e- 磷酸化 +Pi 小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰 CoA等） 共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。 大分子降解 成基本结构 单位 生物氧化的三个阶段 三、生物能学简介 1、生物能的转换及生物系统中的能流 2、自由能的概念及化学反应自由能的计算 自由能（free energy）的概念 定义式：=H-TS 物理意义：
8、* (体系中能对环境作功的能量) ?自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： G0，反应不能自发进行 G=0，反应处于平衡状态 ? 在参与反应的物质浓度为1moL.L-1,温度为250C，pH=0的条件下进行 反应，其自由能的变化称为标准自由能变化，用0表示。由于机体内的 生化反应一般是在pH=7的条件下进行，在pH=7和上述浓度、压力、温度下 的标准自由能变化用0?表示。 化学反应自由能的计算 ?利用化学反应平衡常数计算 基本公式：G=G&amp;amp;#176;+ RTlnQc (Qc-浓度商) G&amp;amp;#176;= - RTlnKeq 例
9、：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化 ?利用标准氧化还原电位（E&amp;amp;#176;?）计算（限于氧化还 原反应） 基本公式：G&amp;amp;#176;=nFE&amp;amp;#176; (E&amp;amp;#176;=E+&amp;amp;#176;-E-&amp;amp;#176;) 例：计算NADH氧化反应的G&amp;amp;#176; 计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化 达平衡时 =Keq=19 解： G&amp;amp;#176;= -
10、 RTlnKeq =-2.303?8.314 ? 311 ? log19 =-7.6KJ.mol-1 G=G&amp;amp;#176;+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.303?8.314 ? 311 ? log0.1 =-13.6KJ.MOL-1 未达平衡时 =Qc=0.1 反应G-1-P?G-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求? G0?。如果反应未达到平 衡，设G-1- P=0.01mol.L， G-6-P=0.001mol.L， 求反应的? G?是多少？ 例题： 例题：计算下反应式G&amp;amp
11、;#176; NADH+H+1/2O2=NAD+H2O 正极反应：1/2O2+2H+2e ? H2O E+&amp;amp;#176;? 0.82 负极反应：NAD+H+2e ? NADH E-&amp;amp;#176;? -0.3 G&amp;amp;#176;?-nFE&amp;amp;#176; ? ? -2&amp;amp;#215;96485&amp;amp;#215;0.82-(-0.32) ? -220 KJ&amp;amp;#183;mol-1 生物系统中的能流 生
12、物界的能量传递及转化过程 高能化合物 ?高能化合物的类型 ?ATP的特点及其特殊作用 生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释 放出大量自由能（21千焦/摩尔）的化合物称为 高能化合物。 高 能 化 合 物 类 型 ATP的特点 在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完 全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有 较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很 大（G&amp;amp;#176;=-30.5千焦/摩尔）。 腺嘌呤核糖 O P O P O P O- OOO O-O-O- ?+?+ ?+ Mg2+ ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H
13、+ ?G -30.5kJ?MOL-1 ATP3- + H2O ADP2- + Pi3- + H+ ?G -33.1kJ?MOL-1 ATP的特殊作用 ATP是细胞内的“能量通货” ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体 ATP以偶联方式推动体内非自发反应 P P P P ATP P 0 2 10 8 6 4 12 14 磷 酸 基 团 转 移 能 磷酸烯醇式丙酮酸 3-磷酸甘 油酸磷酸 磷酸肌醇（磷酸基团储备物） 6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油 ATP的生成 (ADP+ Pi=ATP, 称磷酸化 ) ? 1.底物磷酸化：当底物脱氢、脱水或发生 分子重排，可生成高能磷酸键转移给ADP ，使其转为AT
14、P的过程（纯粹由底物分子 产生的能量）； ? 2.氧化磷酸化：指氢和电子顺着呼吸链， 逐步传递给氧，生成水，产生大量的能 量。这种氧化放能和ATP生成（磷酸化） 相偶联的过程称氧化磷酸化. 线粒体电子传递体系 ? 线粒体结构特点 ? 电子传递呼吸链的概念 ? 呼吸链的组成 ? 机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 线粒体呼吸链 线粒体基质是呼吸 底物氧化的场所，底物在 这里氧化所产生的NADH和 FADH2将质子和电子转移 到内膜的载体上，经过一 系列氢载体和电子载体的 传递，最后传递给O2生成 H2O。这种由载体组成的 电子传递系统称电子传递 链（eclctron transfer chain
15、),因为其功能和呼 吸作用直接相关，亦称为 呼吸链。 呼吸链的组成 1. 黄素蛋白酶类 （flavoproteins, FP） 2. 铁-硫蛋白类 （ironsulfur proteins) 3. 辅酶 （ubiquinone,亦写作CoQ） 4. 细胞色素类 （cytochromes） NADH 辅 酶 Q （CoQ） Fe-S Cyt c1 O2 Cyt b Cyt c Cyt aa3 琥珀酸等 黄素蛋白 （F AD） 黄素蛋白 （FMN） 细胞色素类 铁硫蛋白 （Fe-S） 铁硫蛋白 （Fe-S） NADH呼吸链 H2O 1 2O2 O2- MH2 还原型代 谢底物 FMN FMNH2
16、CoQH2 CoQNAD+ NADH+H+ 2Fe2+ 2Fe3+ 细胞色素 b- c- c1 -aa3 Fe S 2H+ M 氧化型代 谢底物 FADH2呼吸链 FAD FADH2 琥珀酸 Fe S 2Fe2+ 2Fe3+ 细胞色素 b- c1 - c-aa3 CoQH2 CoQ 1 2O2 O2- 2H+ H2O 延胡索酸 NADH呼吸链和FADH2呼吸链 FADH2 FeS NADHFMNFeSCoQCytbFeSCytc1CytcCytaa3O2 NADH呼吸链 FADH2呼吸链 电 子 传 递 链 中 各 中 间 体 的 顺 序 NADH FMN CoQ Fe-S Cyt c1 O2
17、 Cyt b Cyt c Cyt aa3 Fe-S FMNFe-S琥珀酸等 复合物 II 复合物 IV 复合物 I 复合物 III NADH 脱氢酶 辅酶Q-细胞色素 还原酶 细胞色素C 还原酶 琥珀酸-辅酶Q 还原酶 呼吸链中电子传递时自由能的下降 FADH2 2e- NADH NADH呼吸链电子传递过程中自由能变化 总反应: NADH+H+1/2O2NAD+H2O G&amp;amp;#176;=-nFE&amp;amp;#176; =-2&amp;amp;#215;96.5&amp;amp;#215;0.82-(-0.32)
18、 =-220.07千焦&amp;amp;#183;mol-1 总反应：FADH2+1/2O2FAD+H2O G&amp;amp;#176;=-nFE&amp;amp;#176; = -2&amp;amp;#215;96.5&amp;amp;#215;0.82-(-0.18) =-193.0千焦&amp;amp;#183;mol-1 FADH2呼吸链电子传递过程中自由能变化 烟酰胺脱氢酶类 特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在于线 粒体、基质或胞液中。 传递氢机理: NAD(P) + + 2H+ +2e NAD(P)H + H+ 黄素蛋白酶类 特点： 以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白 类别：黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶） 需氧脱氢酶类（如L氨基酸氧化酶） 加单氧酶（如赖氨酸羟化酶） 递氢机理：FAD(FMN)+2H &amp;lt;/p&amp;gt;&lt;/p&gt;</p></p>
